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Laquelle des molécules suivantes n’a pas la même formule empirique que les autres ? (A) CH2O, (B) C2H4O2, (C) C4H8O3, (D) C5H10O5 ou (E) C6H12O6.
Chacune des réponses proposées propose une formule moléculaire différente. Une formule moléculaire est une formule chimique qui exprime le nombre exact d’atomes de chaque élément d’une molécule. Cette question concerne la notion de formule empirique. Une formule empirique est une formule chimique qui exprime le rapport entier positif le plus simple d'atomes présents dans une molécule ou un composé ionique.
Pour mieux comprendre la différence entre une formule moléculaire et une formule empirique, examinons les formules moléculaires de l’éthène et du butène et déterminons leurs formules empiriques. Comme une formule empirique exprime le rapport entier positif le plus simple de chaque élément, il faut simplifier les indices de la formule moléculaire en les divisant par leur plus grand commun diviseur. Dans le cas de l’éthène, le plus grand diviseur commun de deux et quatre est deux et pour le butène, le plus grand diviseur commun de quatre et huit est quatre.
Pour simplifier la formule moléculaire en formule empirique, on divise simplement chaque indice par le plus grand commun diviseur de la molécule. La formule empirique de l’éthène est donc C1H2. Mais comme on n’écrit pas l’indice lorsqu’il vaut 1, la formule empirique peut être simplifiée en CH2. La formule empirique du butène est également CH2. Ainsi, bien que les molécules et leurs formules moléculaires soient différentes, elles ont la même formule empirique.
Pour répondre à la question, il nous faudra déterminer la formule empirique de chacune des formules moléculaires proposées. Ensuite, nous pourrons identifier laquelle de ces molécules n’a pas la même formule empirique que les autres. Dans la réponse (A), la formule moléculaire contient un atome de carbone, deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Le plus grand commun diviseur de ces indices est un. En divisant chaque indice par le plus grand commun diviseur, on obtient la formule empirique CH2O, identique à la formule moléculaire.
Le plus grand commun diviseur des indices de la formule moléculaire de la réponse (B) est deux. Pour déterminer la formule empirique, on divise chaque indice par le plus grand commun diviseur, et on obtient la formule empirique CH2O. Le plus grand commun diviseur de quatre, huit et trois est un. Ainsi, comme pour la réponse (A), la formule empirique de la réponse (C) est identique à sa formule moléculaire.
Le plus grand commun diviseur de cinq, 10 et cinq est cinq. En divisant chaque indice par le plus grand commun diviseur, on obtient la formule empirique CH2O. Et enfin, le plus grand commun diviseur de six, 12 et six est six. En divisant chaque indice par le plus grand commun diviseur, on obtient la formule empirique CH2O. En observant les formules empiriques obtenues, on constate que la molécule qui n’a pas la même formule empirique que les autres est celle de la réponse (C) : C4H8O3.
